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中国能源新突破:钠电池超越锂电池,或将解决电动车缺陷?

2021-06-30 浏览次数:1,605 次 科学探索猫

宁德时代宣布将在七月左右发布新型钠电池,而目前新能源汽车上最常使用的锂电池,其实存在不少困扰电动车发展的“老大难”问题。将来钠电池的出现,将一举解决电动汽车电池的困境。钠电池究竟是什么?电池行业的发展真的会就此迎来下一个纪元吗?

如今十分常见的锂电池其实是上个世纪的产物,这种轻便小巧的电池早已深度融入了我们的日常生活。可以说,锂电池的需求呈现出一派欣欣向荣的景象。只不过,繁荣之下却还隐藏着危机。为何这样说呢?

作为一种较为活泼的元素,锂资源在地球上的储量远远不够,近年来用以提炼锂的原料——碳酸锂,价格更是水涨船高。尽管中国是锂电池的制造和消费大国,遗憾的是我国的锂资源却非常少,每一年我们仅能自给自足20%,其他的绝大部分都要依赖进口。在全球贸易紧缩的今天,会存在被封锁“卡脖子”的可能性。

而且锂自身的化学性质十分活跃,所以想要获得纯净的锂绝非易事,需要用到昂贵的专业设备,经过复杂的化学提取工艺才能提取出来。面对这样的情况,科研人员可谓是竭尽全力。但是从1997年至今,几十年来锂电池的技术一直止步不前,想要进一步提高电池的能量密度和使用的安全性也非常困难。面对这样的困境,科学家们只能另辟蹊径,寻找更加优秀的替代品,钠电池就此进入了科学家的视野。

在学术上,常见的电池被称为“电解池”,一般通过不同的电解质来界定电池的种类,这种电池结构简单,用钠来代替锂的想法,在理论上来看不存在任何问题,本质上都是电池在充放电过程中正负极电子的移动,服从“电荷守恒”定律。

在《钠离子电池碳负极材料研究进展》一文中科学家提出,钠离子电池走向应用的关键,是开发高比容和长循环稳定性的电极材料,通过溶剂共嵌以及扩大石墨层间距等方法,已经能够有效提高石墨的可逆容量以及循环性能,利用纳米技术改变石墨烯的微结构,已经能够让钠离子电池的能效超过锂离子电池。

钠电池与锂电池相比,有哪些优势呢?

首先,作为元素周期表中的11号元素,在化学性质上,钠和锂非常相似,这就让用钠来制作电池成为了可能。钠有一个非常大的优点,那就是储量大价格便宜,我们日常食用的食盐就是由钠元素和氯元素组成的。

相对于锂矿石的高价格,市场上一斤食盐价格才几块钱,如果从海水中直接提取价格还会进一步降低。对于企业来说,原材料价格越低,成本也就越低,产品在价格上就会有很大的优势。

其次,现在的电动汽车的一大不方便之处,还是充电速度太慢的问题,而钠电池的使用将会使这种局面得到改善。目前充电速度最快的锂电池,需要将近半个小时的时间才能充满一半的电量,而相同的电量当钠电池却只需要十多分钟就可以完成。

并且在气温相对低的冬季,电动汽车续航里程缩水问题饱受车主诟病,钠电池却有望让电动汽车走出这一困境。即便在零下20度的环境中,钠电池的电解质仍然能够稳定放电,这样一来,就算是在寒冷的东北地区,也不用再担心这一问题。

另外,尽管钠电池的高密度带来了大重量,但是新技术的运用却让这种电池更加安全,在对电池安全性要求较高的科技领域,这一特性显得尤为珍贵。

而且由于可充电电池原理大都一致,所以原有的锂电池生产线路,不需要大规模的“手术”,就能够投入到钠电池的生产当中,较低的费用也消除了一部分企业对于改造成本的担忧。

再者,一般电子设备在显示电量用尽以后其实电池内还存在一部分电量,这是因为一旦锂电池将电量全部耗尽,电极材料将会受损,从而缩短电池的使用寿命,钠电池则不需要担心这个问题。

当然了,决定钠电池将来有可能会取代锂电池的根本原因还是锂电池的价格,作为一种稀有金属的锂,它在地球的储量本身就非常之少,而且电池中的锂还没有办法进行回收,只会越用越少,况且地球上的锂矿还大都不在我国。而使用钠电池就不会有这些顾虑了,毕竟海水里有几乎用之不竭的钠资源,陆地上还有许多盐湖和盐矿,仅在我国已知的钠资源就达到上万亿吨。

当然了,钠电池技术优势再明显,也不太容易很快就将庞大的锂电池市场全部攻占。不过将其作为一种后备手段加以研究和开发,那么将来若是在传统锂电池生产时受到威胁时,能够迅速派上用场,这对于我国的国家安全无疑是大有裨益的。

在越来越强调科技创新的今天,我国已经有许多家企业在攻关钠电池。相信在未来,我国的钠电池也必将会为电动车领域带来一场划时代的改变。

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